曹妃甸二期围海造地工程取沙物理模型设计及验证

为解决曹妃甸首钢围海造地工程用沙问题,计划在曹妃甸甸头东侧滩涂取沙,因关系到曹妃甸岸滩的稳定性,拟通过波浪泥沙物理模型进行试验研究,探讨取沙对岸滩向/离岸运动的影响。基于河口海岸物理模型相似理论,探讨了模型比尺的确定方法及模型沙的选取;在缺乏合适验证资料的情况下,通过三种途径对物理模型的合理性和可靠性进行验证试验,验证试验表明,本模型可将二维沙滩剖面特性研究成果应用于三维条件。     

江苏北部灌河口悬沙输送数学模型

位于江苏北部的灌河口是淤泥质河口,潮流作用下的悬沙输送对河口河床演变有很大影响.为开发灌河口的航运资源,治理口门砂嘴,需建立河口的悬沙输送数学模型.淤泥质河口的悬沙输送是一个复杂的物理过程.数学模型中需要复演在径流、潮流和沿岸流共同作用下的泥沙运动.为此,既要准确地模拟河口区的流场,又要考虑到泥沙在水动力要素作用下的起动、悬浮和沉降过程.灌河口的口内段细长且弯曲,口外段开敞,口门处有砂嘴形成的水下浅滩.因此,模型包括的范围必须足够大,既要包括河口的口内段,以便模拟口内河势对口门砂嘴处水沙运动的影响,又要包括足够大的口外水域,以反映口外水域的真实流态.     

波浪、潮流和风暴潮耦合模式及悬沙输移规律的研究

近年来，由于河口、海岸地区的泥沙运动与港口、航道以及海岸的冲淤有着直接的关系，对一些海岸建筑物比如防波堤、护岸工程等造成一定的威胁，甚至于使其完全丧失使用价值，造成巨大的损失。为此人们越来越重视对这一问题的研究。本文为估计岸滩的冲淤变化和了解岸滩的演变规律，对影响泥沙运动的海洋动力要素进行了研究。 为研究悬沙的输移规律，建立了一个由两部分组成的二维悬沙模型系统：①水动力模式。建立了一个综合多因素的二维波浪、潮汐和风暴潮耦合模式，以此来研究波、潮、风暴潮间的相互作用，并为泥沙计算提供流速场。②二维悬沙模式。运用得出的流场来研究悬沙的输移扩散规律。其中所采用的波浪模式是将流对波浪场的影响同时加以考虑的耦合数学模型，将流速加入波能方程，并考虑由于水面的升降而产生的不定常水深对波浪场的影响，再将波浪场对流场的影响通过辐射应力、考虑波浪影响的底应力以及依赖波龄的表面风应力耦合到流场中，从而建立了一个综合多种因素的波浪、潮汐、风暴潮联合作用下的二维悬沙模型系统。并在此模型系统的基础上，对黄河口泥沙的输移问题作了探讨，为今后的防堤、护岸工程提供依据。     

长江河口波-流共同作用下的全沙数值模拟

针对长江河口地形、水文、泥沙运动等复杂的特点,建立了波-流共同作用下的二维全沙及河床演变模型.在合理计算研究区域流场等的基础上,利用切应力概念确定悬沙扩散方程中的源函数;通过系列数值试验和实测资料的统计分析,在经典的泥沙临界起动速度中引入反映河床底质结构及固结程度的局地系数;选用由流速、盐度、含沙量浓度确定的泥沙颗粒絮凝沉降速度,从而提高长江口悬沙场数值模拟精度.在底沙输运计算中,提出一种较为合理确定有关参数的方法.通过洪、枯季大、中、小潮水文、泥沙资料和典型台风引起航槽冲淤变化的实测资料验证,表明该文提出的模型能较合理地反映长江河口流场、泥沙场及地形的演变.     

厦门港湖汐水流及浑水悬沙整体模型设计

厦门港湖汐水流及浑水悬沙整体物理模型于1989年建成后，已进行了不少有意义的试验研究工作，取得较好效果。本文主要介绍模型的设计思想、相似准则、浑水悬沙相似理论的探讨、模型设计方法以及模型沙的选择等。     

锦州港潮流悬沙淤积模型试验研究

本文首先分析了锦州湾的自然条件，明确了风浪掀沙和潮流输沙是引起港池和航道淤积的主要原因并得到了海水含沙量与风、浪、潮的定量关系，为确定模型中应施放的特征含沙值提供了依据。文中首次将窦国仁全沙模型相似理论应用于海湾潮流泥沙模型并取得了成功。验证试验表明，模型中潮位、潮流速、流向、含沙最分布，淤积强度分布，淤积量和淤沙粒径级配等均与原型基本一致。利用此泥沙模型对锦州港各期工程方案的淤积量和淤积强度分布进行了预报并对今后港口扩建工程布置提出了建议。     

厦门港潮汐水流及浑水悬沙整体模型设计

厦门港潮汐水流及浑水悬沙整体物理模型于1989年建成后，已进行了不少有意义的试验研究工作，取得较好效果。本文主要介绍模型的设计思想、相似准则、浑水悬沙相似理论的探讨、模型设计方法以及模型沙的选择等。     

台风作用下长江口北槽挟沙能力研究

台风作用下水体的挟沙能力研究对深入认识台风暴潮作用下泥沙运动规律、滩槽演变特征以及提升数学模型和物理模型技术等方面具有重要意义。文中从台风波能对泥沙的悬浮作用入手,建立了台风浪作用下的挟沙能力公式;依据能量叠加原理,完善了传统的河口海岸挟沙能力公式（窦国仁挟沙能力公式）,使公式能够同时概括潮流、波浪和台风浪作用下的泥沙运动特征,并应用近年来长江口北槽实测的台风期近底水沙资料对公式进行了率定验证,在此基础上分析了台风期北槽近底含沙量变化特征。     

模型沙干重度的变化规律及其在泥沙模型试验中的作用

模型沙干重度在动床模型试验中是影响起动流速比尺和冲淤时间比尺的重要参数，其随淤积历时、粒径变化、埋置深浅和加工方法的不同有着不同的变化规律。通过试验，结合已有的成果，对模型沙干重度受以上几种因素的影响进行了研究，并进一步分析了其变化规律在动床模型试验中的作用。     

南黄海辐射沙脊群海域的水深遥感

南黄海的辐射沙脊群海域地形地貌复杂多变,应用遥感技术来测量其水下地形不仅有可能,而且势在必行。在对沿海及长江口门内外遥感反演水下地形研究的基础上,选择沙脊群海域中有代表性的一块水域为研究区,同步测量其水下地形和水流、悬沙含量,用实测地形和MODIS影像数据建立水深反演模型,同时分析该区域的悬沙光谱特征,选择悬沙遥感参数,以MODIS数据的水深反演模型和沙脊群水域的悬沙遥感参数为依据,建立削弱悬沙影响的水深遥感模型,从而反演出1.5×104km2的辐射沙脊群水下地形。从反演结果看,所建模型的相关系数二次方的值为0.664,F-值为18662,平均绝对误差为1.52m,平均相对误差为24%,5~15m水深段的平均相对误差只有18%,反演效果较好。     

蓬莱西庄海滩示踪砂试验研究

为了研究蓬莱西庄海岸侵蚀原因、揭示泥沙运移规律，利用萤光示踪砂和染色砾石进行侵蚀岸段的泥沙示踪研究．其主要结果如下：１．海滩泥沙运动完全由波浪控制，泥沙运移的速度和方向取决于破波的大小和方向．２．海滩泥沙以群体形式沿岸输移．３．在平直海岸上，泥沙可超越粘土质海蚀平台进入另一砂质海滩。     

沙脊沙波泥沙数学模型的研究

在剪切水流条件下,基于水沙两相流动量方程,推导出描述海底沙脊沙波内在演变规律的基本方程。将此方程与二维浅水环流方程、波浪折射-绕射方程进行耦合,建立大范围海区平面二维波、流、泥沙数学模型,并结合海区实际观测水文地质、潮汐、波浪、泥沙资料进行模型验证。通过对比分析发现,数值模拟值与实测站位观测值二者吻合较好,表明了模型的可靠性。应用此模型对东方1-1气田穿越的大范围海底沙脊沙波在相应海动力条件下的移动规律及演变趋势进行定量预测,结果显示,随着时间的推移,沙脊沙波移动距离逐年递增,但发展变化趋势基本稳定。     

汕尾电厂煤港工程泥沙问题研究

通过实测水文泥沙资料、岸滩冲瘀演变分析、泥沙计算、泥沙物理模型试验等手段对汕尾电厂煤港工程泥沙问题进行了研究。通过研究，了解了煤港工程海域--后江湾的水文泥沙基本特征、泥沙来源和泥沙运动规律，找出了煤港工程泥沙淤积成因，预报了煤港工程方案的泥沙淤积量，从泥沙淤积角度论证了煤港建设的可行性。     

夏季黄河入海泥沙的数值模拟研究

掌握黄河入海泥沙输运、沉积的规律可以为渤海沿岸经济发展的规划及环境保护管理提供理论参考。本文基于FVCOM(Finite-Volume Community Ocean Model)建立了三维水动力、泥沙耦合数值模式,利用实测水位、海流和悬沙资料,对模式进行了检验,模拟结果与观测符合较好。利用该模式研究了2007年夏季丰水丰沙期黄河入海泥沙的输运过程,并对渤海悬沙空间分布特征进行数值模拟。模式较好地再现了夏季黄河口入海泥沙的空间分布特征及底部冲淤状况。结合黄河口附近的潮流和余流特征,对悬沙分布特征和底部冲淤结果进行了分析,结果表明:黄河入海泥沙随余流向南和东南方向输运到莱州湾,在莱州湾中部向外海扩散,很可能沿东北方向进入渤海中部。在这个输运过程中,莱州湾表现为入海泥沙向外海扩散的通道。     

A sheetflow sediment transport model for skewed-asymmetric waves combined with strong opposite currents

Prototype scale physical model tests were conducted to investigate the sheetflow sediment transport of uniform sand under different skewed-asymmetric oscillatory flows with and without the presence of relatively strong currents in the opposite direction against wave propagation. Experiments show that in most cases with fine sands, the “cancelling effect” which balances the on-/off-shore net transport under pure asymmetric/skewed oscillatory flows and results a moderate net transport was developed for combined skewed-asymmetric shaped oscillations. However, under certain conditions (T > 5 s) with coarse sands, the onshore sediment transport was enhanced for combined skewed-asymmetric flows. Additionally, the new experimental data under collinear oscillatory flows and strong currents show that offshore net transport rates increase with decreasing velocity skewness and acceleration skewness. Sediment movement behaviors were investigated through analysis of experimental data obtained from the image analysis technique and attempts were made to estimate and formulate the sheetflow layer thickness. Accordingly, sediment transport under oscillatory sheetflow conditions was studied and successfully explained by comparing the bed shear stress and the phase lag parameter at each half cycle. Consequently, these parameters were incorporated in an improved Dibajinia and Watanabe's type sediment transport model. The formula is calibrated against a comprehensive experimental data (331 in total). Good agreement obtained between predictions and measurements shows that the new formula is fulfilled for practical purposes.     

海洋环境动力学物理模拟的尺度分析及相似条件

物理模拟较大海域的环境动力场是物理模型试验的一个发展方向,也是近海环境治理的有效研究手段。对具有较大尺度海域的模拟需要考虑地转缺失的影响。从潮流基本控制方程出发,通过对方程的无因次化,给出评价柯氏力作用大小的方法,并就中国典型的海湾进行尺度分析,量化物理模拟时因地转缺失引起的偏差程度,讨论在这些海域是否可以付诸物理模型试验。同时,还导出了潮流泥沙试验和潮流污染物扩散试验的相似比尺关系。     

Model experimental research on uplift single pile in calcareous sand of South China Sea

Vertical uplift static loading tests of single model pile were conducted in the in-lab calcareous sand and quartz sand by emulating practical condition of full-size piles in site. The settlement, lateral deflection, axial force, and friction distribution of the pile are analyzed for each physical test. The pile behaviors in calcareous sand and quartz sand are compared. From the test results, it can be found that the pile top displacement of uplift pile in calcareous sand can be divided into two stages: the pile–sand synchronous stage and pile–sand asynchronous (relative displacement) stage. Data from uplift tests show that the heave of calcareous sand around pile top is very small, which is resulted from the mutually restraint of surface particle. The mutual restriction of surface particle leads to “bottleneck effect” and strengthens ultimate side friction of upper pile segment. In addition, the shear dilatancy and particle breakage of calcareous sand lead to the upper harden and the lower soften of side friction, respectively. Cases of calcareous sand and quartz sand show different responses to pile forming methods, which due to the sands’ different characteristics of particle breakage when compressed as well as plastic deformation under loading–unloading conditions.     

珠江口黄茅海河口湾水动力沉积和泥沙运动的统计研究

本它根据稳健对数比主分量分析和Ｍｃｌａｒｅｎ－Ｂｏｗｅｌｓ沉积物迁移随机模型统计研究了珠江口黄茅海河口湾的水动力沉积和泥沙运动。稳健对数比主分量分析把黄茅海河口湾沉积物粒度类型划分为四大类，并相应四种不同水动力环境沉积区。Ｍｃｌａｒｅｎ－Ｂｏｗｅｌｓ随机模型在泥沙运动方向上的定量统计证实了沉积分布表明的泥沙运动规律，为今后探索和开发黄茅海河口湾海区提供新的分析依据。     

葫芦岛港柳条沟港区规划潮流泥沙数模研究

建立了基于不规则三角形网格的考虑波浪作用的潮流泥沙数学模型，在对模型进行充分验证的基础上，对葫芦岛海域的潮流、泥沙场的进行了数值模拟，对该海区的潮流扬、泥沙场特征进行了分析；对萌芦岛港柳条沟港区规划方案进行了潮流、泥沙场模拟研究。详细分析了工程前后港池和航道的流扬变化，计算了航道的横流，预报了规划港区港池和航道的泥沙年淤积量，为港区的规划设计提供了科学依据。